magnésium (suite)

Élaboration

Suivant la disponibilité des minerais et des sources énergétiques, deux procédés sont pratiqués mondialement pour l’élaboration du métal.

Procédé électrolytique

Il fournit les plus forts tonnages, principalement aux États-Unis, en U. R. S. S. et en Norvège.

• La première phase du procédé consiste à préparer le chlorure de magnésium anhydre soit par chauffage du chlorure hydraté, soit, mieux, par chloruration de la magnésie, en faisant agir un courant de chlore qui traverse de bas en haut la charge de magnésie et de charbon d’un four à cuve (procédé Bussy). La préparation préalable de la magnésie s’effectue par calcination de la dolomie ou de la magnésite. Lorsque le magnésium est extrait de l’eau de mer, on traite cette eau par de la chaux pour obtenir la magnésie, qu’il faut séparer des chlorure et sulfate de calcium formés.

• La seconde phase du procédé est l’électrolyse ignée, vers 750 °C, d’un bain fondu dont la composition, ajustée en fonction de son point de fusion, de sa conductibilité électrique et de sa viscosité, comporte du chlorure de magnésium, du chlorure de calcium, des chlorures de sodium et de potassium, et, éventuellement, du fluorure de sodium. La cuve d’électrolyse est divisée en deux compartiments : l’un formant cathode, où le magnésium fondu se rassemble en surface du bain, et l’autre formant anode, où se dégage le chlore, qui est récupéré pour les traitements de chloruration.

Procédé thermique

Cette méthode, plus économique pour des productions de moyenne importance, se développe et est pratiquée surtout en France, au Japon, au Canada et en Italie. La magnésie est réduite par le silicium ou le ferro-silicium (procédé Pidgeon) vers 1 300 °C en présence de chaux, sous vide, de façon telle que le magnésium distille et est récupéré dans des condenseurs. Une variante de ce procédé consiste à traiter une charge de magnésie, de chaux et de bauxite qui conduit à la formation de silico-aluminate ayant un double rôle de laitier et de masse chauffante résistante par effet Joule (procédé français Magnetherm). D’autres procédés utilisent comme réducteur du carbone ou du carbure de calcium ou de l’aluminium.

Raffinage

Suivant les impuretés à éliminer (chlorure, oxyde, fer, silicium, hydrogène) et la pureté désirée, qui peut atteindre 99,995 p. 100, le magnésium est raffiné :
— par sublimation et condensation sous vide ou sous argon (procédé Chaudron) ;
— par double électrolyse ignée ;
— par refusion avec traitement par des flux de chlorure, de fluorure ou de borate alcalins.

Alliages

Les alliages à base de magnésium, qui constituent les alliages « ultra-légers » en raison de leur faible masse volumique, comprise entre 1,75 et 1,90 g/cm³, ont trouvé de nombreuses applications dans les industries aéronautique, spatiale et automobile ainsi que dans les transports et le textile. En général, ils permettent de conserver de bonnes caractéristiques mécaniques avec une réduction de poids importante, qui peut atteindre 25 p. 100 par rapport aux alliages légers d’aluminium, à résistance à la traction égale. Cet avantage est appréciable non seulement pour la diminution du poids brut des pièces, mais surtout pour les pièces en mouvement à grande vitesse en raison de la diminution de l’inertie et des efforts nécessaires au démarrage et au freinage.

Les alliages les plus utilisés industriellement sont les suivants :
— les alliages de magnésium-aluminium-zinc ; les alliages de fonderie ont une teneur de 3 à 9 p. 100 en aluminium, de 0,5 à 3,5 p. 100 en zinc avec une addition de 0,3 p. 100 de manganèse ; à l’état brut de coulée, leur résistance à la traction R est d’environ 20 hbar avec un allongement A % de 7 à 10 p. 100. Après traitement thermique, on peut atteindre une résistance R de 24 à 28 et un allongement A % de 10 à 12. Lorsqu’ils sont utilisés après forgeage ou laminage, ces alliages ont une composition légèrement différente avec 0,5 à 8 p. 100 d’aluminium, 0,5 à 2 p. 100 de zinc et 0,3 p. 100 de manganèse ; leurs caractéristiques sans traitement thermique peuvent atteindre une résistance R de 25 à 35 et un allongement A % de 12 à 20 ;
— les alliages de magnésium à 4 p. 100 de cuivre pour pistons ;
— les alliages de magnésium à 4 p. 100 de zinc, 0,7 p. 100 de zirconium avec des additions de métaux rares, pour l’aéronautique, ayant une tenue au fluage qui permet leur emploi jusqu’à 150 ou 200 °C ;
— les alliages de magnésium à 5 p. 100 de césium ou à 6 p. 100 de silicium, utilisés pour les pistons. Le magnésium est additionné également aux alliages à base d’aluminium jusqu’à une teneur de 10 p. 100.

Applications

À l’état pur, le magnésium s’emploie surtout comme agent de réduction et d’affinage en raison de sa forte affinité chimique, particulièrement pour l’oxygène. Cette propriété permet de l’utiliser dans les procédés d’élaboration par magnésiothermie pour la préparation du silicium, du titane, du zirconium et de l’uranium. De même, sous forme de cupromagnésium, le magnésium est utilisé pour désoxyder des bains de fonderie de cuproalliages.

En sidérurgie, la désulfuration de l’acier s’effectue par l’action de chaux additionnée de poudre d’alliage magnésium-aluminium à 50 p. 100. Dans la fonderie, les fontes à graphite sphéroïdal sont obtenues grâce à l’introduction dans le bain, avant coulée, d’alliage de cuivre ou de nickel à 12 p. 100 de magnésium.

La facile combinaison du métal divisé avec l’oxygène, par inflammation, s’emploie en photographie (flash), mais constitue un risque si un échauffement se produit sur le métal sous forme de produit mince (feuille, fil, copeau, poudre, ruban). En masse, ce danger d’inflammation est très limité, ce qui permet l’emploi des alliages à base de magnésium dans des pièces de moteur automobile.

Le magnésium pur ou un alliage de magnésium-aluminium-zinc est utilisé sous forme d’anode réactive en raison de son grand potentiel électronégatif (– 1,86 V), pour la protection cathodique de pièces en fer (– 0,44 V) ; on protège ainsi des canalisations, des piliers, des réservoirs en les reliant à des anodes de magnésium enterrées qui sont éventuellement attaquées, évitant ainsi la corrosion des structures ferreuses.

R. Le R.

➙ Alliage / Métal.